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1、第四节第四节 X射线在物质中的衰减射线在物质中的衰减扩散衰减扩散衰减引起引起X射线在物质内传播过程中的强度减弱，包括传播过程中射线在物质内传播过程中的强度减弱，包括传播过程中扩散衰减和吸收衰减两方面扩散衰减和吸收衰减两方面对于均匀介质中的对于均匀介质中的X射线源在空间各个方向辐射时，若不考射线源在空间各个方向辐射时，若不考虑介质的吸收，与普通点光源一样，在半径不同的球面上，虑介质的吸收，与普通点光源一样，在半径不同的球面上，X射线的减弱遵守反平方规律即：射线的减弱遵守反平方规律即：式中式中I1，I2分别为分别为r1和和r2的球面上的球面上X射线的强度。射线的强度。吸收衰减吸收衰减X射线通过物质
2、时，与物质发生相互作用过程中由于吸收和射线通过物质时，与物质发生相互作用过程中由于吸收和散射导致入射方向散射导致入射方向X射线强度减少。射线强度减少。适用于适用于真空真空一、单能一、单能X射线在物质中的衰减规律射线在物质中的衰减规律单能窄束单能窄束X射线在物质中的衰减规律可表示为射线在物质中的衰减规律可表示为X射线强度衰减到其初始值一半时所需某种物质的衰减厚度射线强度衰减到其初始值一半时所需某种物质的衰减厚度定义为半价层（定义为半价层（half-value layer,HVL).1.衰减规律衰减规律2.半价层半价层3.宽束宽束X射线射线宽束宽束X射线就是指含有散射线成分的射线就是指含有散射线成
3、分的X射线束。射线束。线性衰减系数，不是一个常数，而是与吸收体的厚度，面积，线性衰减系数，不是一个常数，而是与吸收体的厚度，面积，形状，探测器和吸收体间的距离以及光子的能量有关。形状，探测器和吸收体间的距离以及光子的能量有关。是积累因子，描述了散射光子对辐射衰减的影响1-34为物质中所考虑那一点的未经相互作用原射线光子为物质中所考虑那一点的未经相互作用原射线光子计数率；计数率；1-35物理意义：其大小反映了在考虑那一点散射光子对光子数的物理意义：其大小反映了在考虑那一点散射光子对光子数的贡献。对宽束而言贡献。对宽束而言B1,理想窄束条件下理想窄束条件下B=1.B近似计算：近似计算：为物质中所考
4、虑那一点的散射线光子计数率；为物质中所考虑那一点的散射线光子计数率；二、连续二、连续X射线在物质中的衰减规律射线在物质中的衰减规律一般情况下，X射线束是由能量连续分布的光子组成。当穿过一定厚度的物质时，各能量成分衰减的情况并不一样，它不遵守单一的指数衰减规律，因此连续X射线的衰减规律比单能X射线复杂的多。理论上连续能谱窄束X射线的衰减可由下式描述式中，I1、I2、In表示各种能量X射线束的透过强度；I01、I02、I0n表示各种能量X射线束的入射强度；x为吸收物质层的厚度。、表示各种能量X射线1.连续连续X射线的衰减规律射线的衰减规律连续能谱的X射线束是能量从最小值到最大值之间的各种光子组成的
5、混合线束，当连续X射线通过物质层时，其量和质都变化。2.连续连续X射线在物质中的衰减特点射线在物质中的衰减特点连续能谱X射线随吸收物质厚度的变化特点：特点：X射线的强度降低；射线的强度降低；X射线的平均能量提高；射线的平均能量提高；X射线射线 能谱的宽度变窄；特征能谱的宽度变窄；特征X射线没有变化。射线没有变化。管电压和虑过是决定管电压和虑过是决定X射线线质的重要条件。射线线质的重要条件。3.决定决定X射线穿过物体时射线穿过物体时衰减程度的因素：衰减程度的因素：X射线的衰减与一定厚度内的电子数有关。每克电子数越多的物质比电子数少的物质更容易衰减X射线。X射线本身的性质射线本身的性质 物质的密度
6、物质的密度 原子序数原子序数 每千克物质含有的电子数每千克物质含有的电子数一般地讲，入射光子的能量越大，X射线的穿透能力就越强；吸收物质的密度对X射线的减弱影响是正比关系。如物质密度加倍，则它对X射线的衰减也要加倍。三、三、X射线的滤过射线的滤过在在X射线管出口放置一定均匀厚度的金属，预先把射线管出口放置一定均匀厚度的金属，预先把X射线射线束中的低能成分吸收掉，将束中的低能成分吸收掉，将X射线的平均能量提高，这射线的平均能量提高，这种过程就是所谓滤过。种过程就是所谓滤过。固有滤过是指固有滤过是指X射线机设备本身的滤过，即从射线机设备本身的滤过，即从X射线管阳极靶到射线管阳极靶到不可拆卸的滤过板
7、之间滤过的总和，它包括不可拆卸的滤过板之间滤过的总和，它包括X射线的管壁，绝缘射线的管壁，绝缘油层，油层，管套管套上的窗口和不可拆卸的滤过板。一般用铝当量表示。上的窗口和不可拆卸的滤过板。一般用铝当量表示。1.X射线滤过射线滤过2.固有滤过固有滤过铝当量是指一定厚度的铝板与其他滤过材料相比较，对铝当量是指一定厚度的铝板与其他滤过材料相比较，对X射线具有相同的衰减效果，则此铝板厚度就是该滤过材料射线具有相同的衰减效果，则此铝板厚度就是该滤过材料的铝当量。单位的铝当量。单位mm Al。X射线的滤过分为固有滤过和附加滤过。射线的滤过分为固有滤过和附加滤过。固有滤过与附加滤过的总和称为总滤过。附加滤过
8、使固有滤过与附加滤过的总和称为总滤过。附加滤过使X射线射线的强度减小，但提高了的强度减小，但提高了X射线的有效能量，线质变硬了。射线的有效能量，线质变硬了。4.滤过板滤过板在在X射线诊断中通常都用铝和铜作滤过板，铝对低能射线射线诊断中通常都用铝和铜作滤过板，铝对低能射线是很好的滤过物质，铜对高能物质是很好的滤过物质。是很好的滤过物质，铜对高能物质是很好的滤过物质。一一般诊断中都是单一铝板作滤过板。般诊断中都是单一铝板作滤过板。铜不能单独作滤过板，经常和铝结合为铜不能单独作滤过板，经常和铝结合为复合滤过板（复合滤过板（包括包括两层或更多层的不同物质）。两层或更多层的不同物质）。X射线离开出线口后
9、，从不可拆卸的滤过板（不包括它本身）射线离开出线口后，从不可拆卸的滤过板（不包括它本身）到诊视床面之间，包括用工具可拆卸的滤过板、附加滤过到诊视床面之间，包括用工具可拆卸的滤过板、附加滤过板、遮光器等滤过的总和称为附加滤过。板、遮光器等滤过的总和称为附加滤过。3.附加滤过附加滤过理想滤过板理想滤过板一般情况下，不需严格的能谱分析时，连续一般情况下，不需严格的能谱分析时，连续X射线的线射线的线质可用半价层，有效能量等来表示。质可用半价层，有效能量等来表示。有效能量：如果一连续有效能量：如果一连续X射线的半价层与某单能射线的半价层与某单能X射线的半射线的半价层相等，则可以认为他们等效，此时单能价层相等，则可以认为他们等效，此时单能X射线的能量射线的能量称为连续称为连续X射线的有效能量。射线的有效能量。5.连续连续X射线的线质射线的线质对单能对单能X射线，其线质可以用射线，其线质可以用X射线光子的能量或半价层射线光子的能量或半价层来表示。来表示。